Файл: Контрольная работа по дисциплине Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии Студент группы 0ТЭб1 В. Е. Макарова Преподаватель.pdf

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет Факультет Авиационной и морской техники Кафедра Тепловые энергетические установки Контрольная работа по дисциплине Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии Студент группы 0ТЭб-1
В.Е. Макарова Преподаватель
Е.В. Баранов
2022

Содержание Современное состояние нетрадиционной и возобновляемой энергетики в Германии, сравнение с традиционной энергетикой. 3 Комбинированная дизель-ветровая электростанция. ...................... 6 Приливные электростанции. Принцип действия, конструкция, примеры в мире. .................................................................................. Список используемых источников .......................................................... 14

1. Современное состояние нетрадиционной и возобновляемой энергетики в Германии, сравнение с традиционной энергетикой. Доля ВИЭ в электроэнергетике ФРГ впервые превысила 50 процентов. Ветер, биогаз и солнце стали в Германии в м квартале 2020 года главными энергоносителями, роль угля стремительно падает. Его крупнейший поставщик на немецкий рынок - Россия. Возобновляемая энергетика впервые произвела в Германии больше электроэнергии, чем традиционная. В м квартале 2020 года возобновляемые источники энергии (ВИЭ) обеспечили свыше половины всего выработанного в стране электричества 51,2%. Об этом сообщило 28 мая Федеральное статистическое ведомство ФРГ (Destatis). Оно особо подчеркнуло, что впервые три месяца этого года пандемия коронавируса еще не успела "ощутимо сказаться" на немецкой электроэнергетике, снижение общей генерации на 6,6% "находится в рамках обычных колебаний. Главным энергоносителем в Германии впервые стал ветер Согласно предварительным данным, выработка электроэнергии с помощью ветра, биогаза, солнца и других ВИЭ выросла по сравнению с первым кварталом 2019 года на 14,9%, продолжая тем самым бурный рост последних лет. При этом наибольший рост показала ветряная энергетика. Всего за год она увеличила производство на 21,4%. Эксперты Destatis связывают это стем, что первые три месяца нынешнего года в Германии было особенно много ветреных дней. Ведь установка новых ветрогенераторов в последнее время как раз застопорилась. В последнее время в Германии усиленно сооружали морские ветропарки В результате ветер впервые стал основным энергоносителем в ФРГ, на него пришлось больше трети всей генерации электроэнергии 34,9%. Доля

биогаза составила 5,5%, у фотовольтаики (солнечной энергии) она выросла с
4% до 4,8%. Одновременно произошло обвальное сокращение доли угля в немецкой электроэнергетике. Всего за год эта доля уменьшилась на третьи по итогам первого квартала составила 22,3%. Поставки российского угля в ФРГ начали падать Электростанции в Германии работают как на каменном, таки на буром угле. Добыча каменного угля была прекращена в ФРГ в конце 2018 года, теперь он только импортный, его главным поставщиком на немецкий рынок, причем с большим отрывом от США, Австралии и Колумбии, является Россия. На нее приходится почти половина всех поставок. Быстрое снижение роли угольных электростанций в немецкой электроэнергетике делает дальнейшее сокращение закупок российского каменного угля весьма вероятным. Одновременно оно ведет к снижению спроса и на немецкий бурый уголь, так что окончательный отказ Германии от использования в электроэнергетике угля как самого неэкологичного энергоносителя может произойти и раньше 2038 года. Скромная доля газовых электростанций, роль АЭС падает Доля природного газа в немецкой электроэнергетике осталась в м квартале 2020 года примерно на уровне первых трех месяцев прошлого года и составила 12,7%. Таким образом, "голубое топливо, главным поставщиком которого в Германию также является Россия, всего лишь сохраняет, ноне увеличивает свою относительно скромную долю в производстве электричества. Так что газ идет на немецком рынке главным образом на отопление и лишь небольшая его часть потребляется химической промышленностью в качестве сырья, тогда как на его использовании в качестве газомоторного топлива в ФРГ фактически поставлен крест. Из этого следует, что спрос на газ решающим образом зависит от погодных условий. Вот почему нынешняя

теплая зима в Германии и других странах ЕС весьма способствовала значительному падению потребления и ценна продукцию "Газпрома". Доля атомной энергии в немецкой электроэнергетике сократилась в м квартале 2020 года на 16,9% и составляет теперь 11,6%. Так что предстоящий окончательный отказ Германии от ядерной энергии, предполагающий отключение последних немецких АЭС к концу 2022 года, не угрожает стабильности энергоснабжения в стране. Особенно если ВИЭ и дальше будут высокими темпами наращивать свою долю в немецкой электроэнергетике. Необычайно солнечные и частично весьма ветреные апрель и май в Германии делают такой сценарий весьма реалистичным. По меньшей мере во м квартале.

2. Комбинированная дизель-ветровая электростанция. Использование энергии ветра. Ветряные мельницы, а точнее принцип их действия, были незаслуженно забыты в двадцатых годах прошлого века. Впрочем, силу ветра не использовали и тогда для получения электрической энергии. Она приводила в действие жернова мельниц, использовалась в качестве движителя для парусных судов, позднее запускала насосы для закачки воды в резервуары, то есть превращалась в механическую энергию.Ветроэнергетика начала стремительно развиваться в конце шестидесятых годов прошлого, XX столетия. В это время стало катастрофически не хватать традиционных энергоносителей, кроме того, они резко поднялись в цене, все острее становились экологические проблемы, связанные сих использованием. Способствовал использованию альтернативных источников электроэнергии, в том числе силы ветра, и технический прогресс. Появились новые высокопрочные и достаточно легкие материалы, позволяющие возводить башни дом высотой и огромные лопасти. Ветра, дующие во многих регионах планеты, в состоянии вращать турбины электростанции с достаточной скоростью, чтобы обеспечивать энергией частные дома, небольшие фермы или школы в сельской местности. Нов любой бочке меда найдется хотя бы одна ложка дегтя. Ветер невозможно подчинить, он не дует всегда, тем более водном направлении и с одинаковой скоростью. Технический прогресс не стоит на месте. Если сегодня ветряные электростанции для частного дома, вырабатывающие сотни киловатт электроэнергии, уже не являются большой редкостью, то завтра, может быть, повседневностью станут и станции мощностью в десятки мегаватт. Во всяком случае, уже есть ветроэлектростанции, мощность которых составляет 5 мВт и больше.

Преимущества и недостатки ветроэлектростанций Ветряные электростанции обладают кроме использования бесплатной энергии ветра и независимости от внешних источников электроэнергии еще несколькими весомыми преимуществами. Не существует экологической проблемы хранения и утилизации отходов, да и сам способ получения энергии один из самых экологичных. Не говоря уже о том, как эстетично выглядит ветряк на фоне неба, достоинством его можно считать, что установка может быть как стационарной, таки передвижной. Кроме того, сегодня уже можно подобрать ВЭС подходящей модели и мощности или использовать установку, сочетающую использование нескольких источников энергии, традиционных и альтернативных. Это может быть дизель- или солнечно-ветряная электростанция.
ВЭС имеют и недостатки. Во-первых, они шумные настолько, что крупные установки в ночное время приходится отключать. Во-вторых, создают зачастую помехи для воздушных сообщений или радиоволн. В- третьих, их нужно размещать на поистине огромных площадях. И есть еще один существенный недостаток лопастных конструкций – их нужно отключать вовремя массовых сезонных перелетов птиц. Комбинированная система «ветро-дизель» Недостаток ветроагрегатов — неравномерная подача электроэнергии – в крупных сетях компенсируется большим количеством установок.Также компенсировать этот недостаток можно, используя комбинированные системы, в которых есть специальные устройства, распределяющие нагрузки между ветроэнергетической установкой (ВЭУ) и дизелем. Поэтому автономные сети небольшой мощности от 0,5 до 4 МВт в паре с дизелем могут надежно и равномерно функционировать.Современное оборудование, с помощью которого экономится около 65 % жидкого топлива в год, позволяет всего за несколько секунд при необходимости подключить дизель или отключить его.

3. Приливные электростанции. Принцип действия, конструкция, примеры в мире. Энергия приливов использовалась людьми издавна путем устройства приливных мельниц на побережье Англии, Франции, Испании, России, Канады, США и других стран. Такие установки выполнялись путем образования бассейна при перекрытии плотинами небольших бухт, где располагались мельничные колеса, работавшие в период отлива. Диаметры колес достигали 6 мВ Англии подобная установка подарками Лондонского моста с 1580 г. в течение 250 лет качала пресную воду для водоснабжения. Особенностью приливных электростанций
(ПЭС) является использование ими естественно возобновляемой энергии морских приливов, природа которых связана с приливообразующей силой, возникающей при гравитационном взаимодействии Земли с Луной и Солнцем. Для водной оболочки Земли практическое значение имеет лишь горизонтальная составляющая приливообразующей силы. Из-за близости Луны к Земле величина прилива под воздействием Луны в 2,2 раза больше солнечного. На побережьях морей и океанов наиболее часто встречается полусуточный приливу которого за лунные сутки (24 часа 50 мин) максимальная волна прилива приходит дважды. Величина прилива определяется разностью уровня воды при максимальном подъеме и минимальном снижении за период прилива. Максимальное отклонение от среднего уровня моря называют амплитудой прилива, равной 0,5 А. Неравномерность приливных колебаний в течение лунного месяца характеризуется изменением величины прилива от А макс (сизигия) до Амин квадратура. Изменение величины прилива в течение лунного месяца (29,5 суток) приведено на рис. 1

Закономерность изменения приливов внутри месяца, вызванная движениями Луны и Солнца, остается практически неизменной для всех лунных месяцев года. Среднее значение величины прилива для всех одноименных суток лунного месяца также является практически неизменным в годовом и многолетнем разрезах. Отличительной особенностью приливной энергии является и неизменность величины среднемесячной энергии для любого года. Рис. 1. Графики приливных колебаний уровня моря а – полусуточного прилива б – месячного изменения величины прилива
Для создания ПЭС необходимы благоприятные природные условия, которые включают большие приливы (А > 3–5 м контур береговой линии желательно с образованием залива, позволяющий отделить от моря бассейн для работы ПЭС при минимальной длине и высоте перегораживающей плотины, благоприятных геологических условиях ее основания. Общий потенциал возможной к использованию приливной энергии во всем мире ориентировочно оценивается по мощности в 1 млрд.кВт, а по выработке – в 2000 млрд. кВт·ч, в том числе в России – около 250 млрд. кВт·ч. В настоящее время в мире эксплуатируются с 1967 г. ПЭС Ля Ранс» Франция) мощностью 240 МВт, с 1968 г. Кислогубская ПЭС (Россия) мощностью 0,4 МВт, с 1984 г. ПЭС Аннаполис (Канада) мощностью 20 МВт,
5 небольших ПЭС в Китае общей мощностью 4,3 МВт, в том числе

построенная в 1985 г. ПЭС «Цзянсянь» мощностью 3 МВт, завершается строительство ПЭС на озере Сихва в Южной Корее мощностью 254 МВт. Проекты крупных ПЭС разрабатываются в Англии – ПЭС Северн мощностью 8,6 млн. кВт, в Канаде – Кемберленд (1,15 млн.кВт) и Кобекуид (4 млн.кВт), в Индии – ПЭС мощностью 7,4 млн.кВт в Камбейском заливе, а в России – Мезенская (8 млн. кВт) и Тугурская (3,6 млн. кВт, начало строительства которых предусматривается в период дог. В перспективе рассматривается возможность создания гигантской Пенжинской ПЭС мощностью до 87 млн.кВт. Для ПЭС в основном применяется наиболее эффективная однобассейновая схема с односторонними двухсторонним действием. В состав сооружений приливных электростанций входят здание ПЭС, водопропускное сооружение и глухая плотина. При однобассейновой схеме двухстороннего действия достигается наиболее полное соответствие работы ПЭС естественному циклу приливов и отливов. Схема предусматривает, что вначале прилива опущенные затворы отделяют бассейн от моря и при достижении необходимого минимального напора (между уровнями моря и бассейна) начинают работать турбины, используя поток воды из моря в бассейн, и происходит наполнение бассейна. Когда перепад между морем и бассейном достигает минимума, отключаются турбины, затворы поднимаются и происходит выравнивание уровней в море и бассейне, после чего затворы закрываются, отделяя бассейн от моря. В период отлива при достижении необходимого напора (между уровнями бассейна и моря) включаются турбины и происходит опорожнение бассейна. Затем цикл повторяется (Рис. 2).

Рис. 2. Схема ПЭС с одним бассейном (аи график работы ПЭС двухстороннего действия (б 1 – уровни моря 2 – уровни бассейна t p – периоды выдачи мощности t 0 – период открытия затворов для выравнивания уровней в бассейне и море При работе приливных электростанций в энергосистеме, где наблюдается избыток электроэнергии в провальной части графика нагрузок, возможно применение однобассейновой схемы двухстороннего действия с насосной подкачкой, что требует установки обратимых агрегатов. Эти агрегаты, работая в насосном режиме в период провала в графике нагрузок, увеличивают объем воды в бассейне и позволяют увеличить выработку электроэнергии при отливе, срабатывая дополнительный объем при увеличенном напоре. Основной эффект такой работы достигается за счет лучшего вписывания цикла работы ПЭС в график нагрузки энергосистемы. При однобассейновой схеме одностороннего действия упрощается цикл работы ПЭС и ее работа происходит водном направлении при опорожнении или наполнении бассейна, причем более эффективной является работа турбин по схеме с опорожнением бассейна. При такой схеме также может использоваться насосная подкачка с установкой обратимых агрегатов. В зависимости от конкретных условий для одних ПЭС более эффективной может быть схема одностороннего действия, для других – двухстороннего действия.